JPH08229037A - 音響導波管ワイヤ内に超音波エネルギをフェイズド・アレイ結合するための方法及び装置 - Google Patents

音響導波管ワイヤ内に超音波エネルギをフェイズド・アレイ結合するための方法及び装置

Info

Publication number
JPH08229037A
JPH08229037A JP7308770A JP30877095A JPH08229037A JP H08229037 A JPH08229037 A JP H08229037A JP 7308770 A JP7308770 A JP 7308770A JP 30877095 A JP30877095 A JP 30877095A JP H08229037 A JPH08229037 A JP H08229037A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
transducer
waveguide wire
array
wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7308770A
Other languages
English (en)
Inventor
Fleming Dias
フレミング・ディアス
Jr Hewlett E Melton
ヒューレット・イー・メルトン，ジュニア
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Co filed Critical Hewlett Packard Co
Publication of JPH08229037A publication Critical patent/JPH08229037A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/22—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for
    • A61B17/22004—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic shock waves
    • A61B17/22012—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic shock waves in direct contact with, or very close to, the obstruction or concrement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/12—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves in body cavities or body tracts, e.g. by using catheters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A61B8/445—Details of catheter construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/24—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound for conducting sound through solid bodies, e.g. wires
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341—Circuits therefor
    • G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/22—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for
    • A61B17/22004—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic shock waves
    • A61B2017/22027—Features of transducers
    • A61B2017/22028—Features of transducers arrays, e.g. phased arrays

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、高い超音波周波数における動
作に対して、十分な電力が得られるように、縦方向の伝
送ラインに超音波エネルギを結合する装置及び方法を提
供することである。 【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、軸
を有する入力端を備えた縦方向に延びる伝送ラインと、
入力端から異なる距離にあり、伝送ラインと音響エネル
ギ伝達関係にある、超音波変換器アレイと、アレイの各
超音波変換器に、独立の位相シフトされた励起信号を加
えるために、超音波変換器に接続された、励起回路であ
って、独立の位相シフトされた励起信号の各々は、超音
波変換器から伝送される超音波エネルギが、伝送ライン
に沿った伝導に向けられるように、アレイの隣接する超
音波変換器に加えられる位相シフトされた励起信号と、
ある位相関係を有する超音波変換器に加えられる、励起
回路構成とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、超音波エ
ネルギを発生して、音響伝送ラインに沿って伝送するた
めの装置及び方法に関し、更に詳細には、観血的導波管
ワイヤ内に、超音波エネルギを結合するための装置及び
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】医療分野内において、さまざまなイメー
ジング及び／または治療目的に、超音波システムが利用
されている。医療技法の多くは非観血的であるが、すな
わち、問題となる体内には超音波だけしか入らないが、
処置によっては、医療装置を人体に導入する必要があ
る。非観血的超音波イメージング及び治療は、音響ビー
ムに対する組織の非近接性の結果として、不十分になる
可能性がある。第２の問題は、周波数に関連する。短波
長は、解像度を向上させるので、より高い超音波周波数
が望ましい。しかし、より高い周波数は、急速に減衰し
て、透過深度が制限される。少なくともある程度は、体
内超音波装置が、これらの制限を克服する。
【０００３】１つのタイプの体内超音波装置が、DonMic
heal他に対する米国特許第4,870,953号に記載されてい
る。該特許には、血管内の血小板、又は血餅を破壊する
ために、超音波エネルギを利用する装置及び方法が記載
されている。中空のカテーテルが血管内に導入される。
細長い中実の可撓性プローブが、カテーテルを介して延
伸する。プローブの遠位端には、プローブの先端が、血
管に穴を開ける確率を最小限にするように構成された、
丸いプローブ先端がある。プローブの反対側の近位端に
は、超音波エネルギ源がある。慣用的に、エネルギ源
は、プローブの端部と接しており、そのため超音波は、
プローブの全長に沿った伝送のために、プローブ内に軸
方向に導入される。
【０００４】同様の装置が、Pflueger他に対する米国特
許第5,304,115号 に記載されている。プローブは、超音
波伝送部材と呼ばれ、約５０．８原子パーセントのニッ
ケルを含有するニッケル・チタン合金のような、１つ以
上の超弾性金属の合金から形成される。やはり、超音波
エネルギ源が、伝送部材の近位端において結合され、一
方遠位端には、球状の部材がある。球状の遠位端は、エ
ネルギ源の作用によって振動させられる。この振動は、
動脈の病巣等を破壊するように設計されている。こうし
た血管形成技法がうまく利用されてきた。
【０００５】カテーテル・ベースのイメージング技法も
周知のところである。超音波変換器が、体内に導入され
るカテーテル端部、または、体外にとどまるカテーテル
端部に配置することが可能である。音波が、問題となる
組織に向けられ、その後、反射エネルギが検出される。
反射は、音響インピーダンスの変化の結果として生じ、
そのため反射の受信における時間遅延、又は反射の位相
変化を利用して、器官または他の組織の画像を形成する
ことが可能である。
【０００６】前に着目したように、周波数の増大は、超
音波画像の解像度を向上させる可能性がある。より高い
周波数は、動脈の病巣を粉砕するための血管形成装置に
とっても望ましい。しかし、慣用的に、こうした用途の
場合、超音波は約２０ＫＨｚである。というのも、より
高い周波数の超音波は、DonMicheal他、及びPflueger他
の特許に記載されているタイプのような伝送部材を介し
て伝搬する場合、急速に減衰するためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】必要とされるのは、高
い超音波周波数における動作に対して、十分な電力が得
られるように、縦方向の伝送ラインに、超音波エネルギ
を結合するための装置及び方法である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】超音波エネルギを発生
し、可撓性の導波管ワイヤ等に結合するための装置に
は、位相シフトされる励起信号によって励起される、超
音波変換器のアレイが含まれる。すなわち、個々の超音
波変換器の励起信号は、隣接する超音波変換器に加えら
れる信号に対して、位相差関係を有する。好適な実施例
は、変換器が、導波管ワイヤの軸に対して垂直に、伝送
エネルギを方向づけ、ポーリングされた実施例である。
しかし、変換器は、位相シフト手段による偏向によっ
て、導波管ワイヤに沿った高電力伝送が可能になるよう
に作動される。好適には、放射は、偏向されて、焦点を
合わせられる、すなわち、各変換器は、合焦した超音波
ビームを与えるために、異なる放射角を有する。向上し
た伝送効率は、中心コアと外部被覆を含むように、導波
管ワイヤを形成することによって達成される。外部被覆
を利用して、光エネルギを光ファイバ内に閉じ込めるの
と同様にして、外部被覆は、導波管の近位端から遠位端
への伝送時に、中心コアに音響エネルギを閉じ込めるよ
うに機能する。
【０００９】好適な実施例において、超音波変換器は、
導波管ワイヤの近位端において、円周表面に沿って接続
された環状部材である。変換器は、半径方向にポーリン
グされた圧電部材である。フェイズド・アレイの原理を
利用して、各環状変換器の各セグメントは、放射体とし
て機能する。例えば、各変換器は、所望の位相関係を規
定するために、異なる信号遅延素子と有効に関連付けら
れることも可能である。導波管ワイヤの遠位端におい
て、球状部材が使用されて、変換器によって発生する音
響エネルギに応答して振動可能である。医療分野で用い
られる場合、振動性の球状部材は、動脈の病巣を粉砕す
るように機能する。しかし、導波管ワイヤは又、反射超
音波エネルギが、現在ドップラ・イメージングに用いら
れている方法で処理される、イメージング装置の構成要
素とすることも可能である。変換器のフェイズド・アレ
イを利用して、超音波ビームを伝送し、同時に近位端表
面の別個の受信変換器を利用して、反射超音波エネルギ
を電気信号に変換することも可能である。
【００１０】環状変換器は、変換器とワイヤのより大き
な接触面積が存在するので、伝送されるエネルギの電力
を増大させるという利点をもたらす。しかし、導波管ワ
イヤの近位端の長さに沿った外側表面は、フェイズド・
アレイが形成、及び作動される、１つ以上の平坦な表面
を含むことも可能である。変換器がワイヤの軸に垂直な
端部表面にある従来の装置に比べると、変換器と導波管
ワイヤの増大した接触面積がさらに得られる。
【００１１】他の実施例には、別個のフェイズド変換器
アレイが含まれる。各アレイは、別個の共振周波数を有
することが可能である。例えば、第１のアレイの変換器
の厚さは、他の１つ以上のアレイの変換器の厚さと異な
ることが可能である。変換器の厚さは、変換器の共振周
波数に対して反比例の関係を与えるので、導波管ワイヤ
に沿った伝送に関して、周波数の選択が可能になる。こ
うした選択は、異なる動脈の病巣等が、様々な周波数に
対して異なって反応する、血管形成術のような用途にと
って望ましい。
【００１２】さらに他の実施例において、フェイズド・
アレイの環状変換器は、それぞれ、セクションに分割さ
れる。各変換器のセクションの全てが、同時に付勢され
た場合、フェイズド・アレイは、上記とほぼ同じように
機能することになる。しかし、変換器セクションが、螺
旋状で順番に励起される場合、点弧シーケンスは、ほぼ
直線的なビームではなく、螺旋状に配向されたビームを
生成することになる。螺旋状に配向されたビームを利用
して、血管形成装置の球状部材の空洞化効率が増大可能
になる。
【００１３】他の実施例では、フェイズド・アレイと導
波管ワイヤ間の結合が、液体の手段によって達成され
る。液体の選択は、変換器及び導波管ワイヤの超音波エ
ネルギの速度に依存する。超音波エネルギが、１つの媒
体から他の媒体へと通過する際に、相対速度が、入射角
を決定する。従って、異なる流体は、異なる伝送経路を
規定することになる。
【００１４】本発明の利点は、変換器と導波管ワイヤの
増大した接触面積が、導波管ワイヤを介する超音波電力
を増大させるということである。結果として、許容でき
ない信号の減衰を伴うことなく、より高い周波数が利用
可能になる。他の利点は、外部被覆を利用して、所望の
方向の伝搬に対して、音響エネルギが閉じ込められる実
施例の場合、より少ない信号損失しか被らないというこ
とである。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、血管形成装置
には、近位端２２に超音波変換器１２、１４、１６、１
８、及び２０のフェイズド・アレイを有する、導波管ワ
イヤ１０が含まれている。球状部材２４が、導波管ワイ
ヤの遠位端２６に固定されている。慣用的に、導波管ワ
イヤは、挿入目的で血管に形成される切開部を介して、
人間の血管内への挿入のために、寸法付けられたカテー
テル内に収容される。
【００１６】球状部材２４は、当該技術において周知の
型式である。球状部材は、カテーテルのボアを介して適
合する。球状部材は、導波管ワイヤ１０を介して、超音
波変換器１２−２０から伝送される、超音波エネルギに
応答して振動する。慣用的に、より高い周波数は、血管
形成装置の通過により急速に減衰するので、血管形成装
置は、約２０ＫＨｚで振動する。しかし、変換器のフェ
イズド・アレイによって、導波管ワイヤ１０内への電力
入力の増大が可能になり、そのためより高い周波数が使
用可能になる。
【００１７】球状部材２４の振動を利用して、血管から
動脈の病巣を除去することが可能である。好適には、装
置のカテーテルは、除去される物質を吸引することが可
能な通路を含む。血管の部位の治療のための血管形成装
置の動作は、当該技術において周知である。
【００１８】導波管ワイヤ１０は、当該技術において周
知の方法で形成される。例えば、Pflueger他に対する米
国特許第5,304,115号 は、約５０．８原子パーセントの
ニッケルを含有するニッケル・チタン合金のような、１
つ以上の超弾性金属合金から形成される超音波伝送部材
を記載している。しかし、好適な実施例の場合、導波管
ワイヤには、中心コアを取り巻く外部被覆が含まれてい
る。被覆の目的は、音響エネルギを導波管ワイヤ内に保
持することにある。被覆及び中心コアの材料が、音響イ
ンピーダンスに関して十分に異なる場合、音響エネルギ
は、導波管アセンブリ内に閉じ込められる、というのは
音響エネルギは、被覆で反射し、中心コア内にとどまる
からである。従って、導波管ワイヤは、外部被覆を備え
た光ファイバと同じように動作する。外部被覆を備えた
音響導波管は、本発明の譲受人に譲渡された、Dias他に
対する米国特許第5,284,148号 に記載されている。
【００１９】主として動脈治療用の血管形成装置に用い
られるとして、本発明を説明、及び例示するが、これは
厳密ではない。他の利用例として、イメージング用途に
変換器１２−２０のフェイズド・アレイを用いることが
可能である。超音波エネルギは、イメージング装置の近
位端部分２２から遠位端部分２６に伝送可能であり、そ
の後、人体組織によって反射したエネルギは、組織の画
像化を可能にする電気信号に変換される。ドップラ・イ
メージングは、可能性のある他の応用例である。
【００２０】変換器１２−２０のそれぞれは、電気エネ
ルギを音響エネルギに有効に変換するための材料から形
成される。許容可能な材料は、チタン酸ジルコニウム鉛
（ＰＺＴ）である。環状に成形された変換器の内径と外
径間の差は、変換器の共振周波数を決定する要因であ
る。共振周波数と、内径と外径間の距離との間には、反
比例の関係が存在する。
【００２１】次に、図２を参照すると、導波管ワイヤ３
０の近位端２８は、円筒形部材３２に対抗して隣接され
る。しかし、好適な実施例において、円筒形部材は、導
波管ワイヤ３０の一部であるため、エネルギは、ＰＺＴ
変換器３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、４
８、５０、５２、５４、及び５６からワイヤに直接結合
される。前に着目したように、導波管ワイヤは、音響エ
ネルギを導波管ワイヤに閉じ込める被覆５７を備えるこ
とが可能である。任意の数の材料を利用して、外部被
覆、及び中心コアを形成することが可能である。例え
ば、中心コアは、ステンレス鋼から形成され、一方外部
被覆は、コアの周囲に電気メッキ、又はスパッタリング
される金属である。代替として、中心コアを液体にし、
外部被覆を固体の毛細管にすることもできる。
【００２２】ＰＺＴ変換器３４−５６は、それぞれ、信
号遅延素子５８と動作上で関連する。信号遅延素子は、
信号源６０からの励起信号に位相シフトを導入する。特
定の変換器、例えば、変換器４６に対する励起信号が、
隣接する変換器４４及び４８に対して選択された位相差
を有する、順序付けられた位相関係が確立される。図示
されていないが、各変換器は、変換器の内径に第１の電
極を備え、変換器の外径に第２の電極を備えている。変
換器の励起信号は、第１と第２の電極によって変換器を
横切って加えられる。超音波放射が、内方向に向けられ
るように、ＰＺＴ材料は、半径方向にポーリングされ
る。
【００２３】変換器３４−５６のアレイの動作は、電磁
アンテナからの放射に関する認められた原理によって、
及び最近では、フェイズド・アレイ装置による超音波イ
メージングによって確立される。例えば、周知のよう
に、電磁アンテナは、ある距離（ｄ）だけ間隔を開けら
れ、前記のように位相の異なる電気信号によって励起さ
れる、放射素子のアレイから構成される。線形アレイの
場合、信号は、等しい大きさでであるが、漸増する位相
シフトを有する。放射素子が無指向性の場合、出力信号
は次のように求められる。
【００２４】
【数１】
【００２５】ここで、ＥS は、単一放射体の強度に相当
し、ｎは放射体の数であり、及び、
【００２６】
【数２】
【００２７】であり、ここで、β＝２π／λで、θは、
位相シフトαに対応する主ビームの方向である。
【００２８】最初の式は、次のように書くことが可能で
ある。
【００２９】
【数３】
【００３０】この式の最大値は、ｎすなわち放射素子の
数である。この最大値は、Ψ＝０において生じる。
【００３１】α＝０、すなわち、放射素子間に位相シフ
トが存在しないと、βｄcosθ＝０である。こうした場
合、θは９０度である。これは、放射素子アレイの広範
な点弧動作と称することができる。図２において、広範
な点弧動作は、各変換器３４−５６が、円筒形部材３２
の軸に対して垂直な方向に、超音波エネルギを放射す
る、すなわち、放射が半径方向に向けられる動作であ
る。しかし、広範な点弧動作は、図２の変換器に対して
望ましくない。
【００３２】αの位相シフトが、信号遅延素子５８によ
って導入される場合、θは、９０度未満である。放射
は、従って、円筒形部材３２の軸に平行な方向成分を備
えている。図２において、矢印６２は、ＰＺＴ変換器３
４−５６のアレイからの超音波ビームを表している。矢
印６４は、導波管ワイヤ３０に沿って伝送するエネルギ
を表している。前に着目したように、好適な実施例は、
導波管ワイヤ、及び円筒形部材３２が単一装置である実
施例であるので、ビーム反射が近位端表面２８において
生じる確率は低い。
【００３３】変換器３４−５６のそれぞれの間には、環
状の吸音器６６がある。吸音器は、隣接する変換器間に
「クロス・トーク」が生じる確率を低減する。導波管ワ
イヤ３０に対向する円筒形部材３２の端部にも吸音器が
含まれている。
【００３４】本発明の動作は、図３に最良に示される。
円筒形導波管ワイヤ６８は、円筒形の外部表面、及び近
位端表面７０を備えている。ＰＺＴ変換器７２、７４、
７６、７８、８０、８２、及び８４のアレイは、導波管
ワイヤの円周表面に接続されている。環状変換器は、個
々に励起される。変換器に別個の位相シフト励起信号を
加えることによって、図３に矢印で表された超音波ビー
ム・アレイが形成される。ビームは、建設的及び破壊的
干渉を受けて、単一の高電力ビームを形成する。
【００３５】各変換器７２−８４の内径に沿った各位置
は、放射点とみなすことができる。変換器の対応する位
置は、従って、有効フェイズド・アレイとみなすことが
できる。従って、環状変換器は、同時に作動するフェイ
ズド・アレイの集合体として機能する。
【００３６】図３の実施例の場合、変換器は、全て、導
波管ワイヤ６８の軸に対して同じ角度をなす超音波ビー
ムを放射する。好適な実施例の場合、変換器に対する励
起信号間における位相関係は、超音波エネルギの焦点を
合わせるために選択される。すなわち、個々のビーム
は、超音波放射が合焦点を有するように、軸に対する角
度に対して変化する。この好適な実施例の場合、結果得
られる合焦点ビームの電力が更に増強される。しかし、
ビームの焦点合わせは、厳密ではない。
【００３７】図４の実施例の場合、円筒形導波管ワイヤ
８６には、超音波変換器８８の第１のアレイと、超音波
変換器９０の第２のアレイが含まれている。一般に、２
つのアレイが同時に駆動されることはない。その代わ
り、高周波数の伝送が必要とされる場合、変換器９０が
励起され、幾分低めの周波数が所望の場合、変換器８８
が駆動されることになる。変換器の厚さは、変換器の共
振周波数と反比例するので、図４の実施例によって、周
波数の選択が可能になる。異なる動脈の病巣は、異なる
仕方で、様々な周波数に反応する。従って、動作周波数
の選択は、ある利点をもたら。任意的に、２つのアレイ
を交互に励起することによって、周波数の異なる順次パ
ルスを伝送することが可能である。
【００３８】図５において、導波管ワイヤ９２は、導波
管ワイヤの遠位端に関連した端部以外に、円形断面を有
している。この端部には、一方の平面９６上の変換器９
４の第１のフェイズド・アレイ、及びもう一方の平面１
００上の変換器９８の第２のフェイズド・アレイが含ま
れる。フェイズド・アレイは、導波管ワイヤ９２の全長
に沿って超音波エネルギを伝送するために、上記の放射
原理を利用して付勢される。任意的に、装置は、近位端
表面１０４に受信変換器１０２を備えることも可能であ
る。受信変換器は、反射エネルギを検出するように配置
される。すなわち、変換器９４及び９８によって発生す
る超音波エネルギは、導波管ワイヤの遠位端において放
射可能であり、その後、遠位端に反射して戻されるエネ
ルギが、受信変換器１０２による検出のために、導波管
ワイヤの全長に沿って再伝送される。このようにして、
超音波イメージング用途に、導波管ワイヤを利用可能に
なる。変換器９４及び９８は、独立した部材として示さ
れているが、４つの線形セグメントを備えた変換器の単
一アレイを利用して、近位端部の４つの側面のそれぞれ
から放射を達成することも可能である。
【００３９】図６の実施例の場合、ＰＺＴ変換器１０６
の単一フェイズド・アレイが、導波管ワイヤ１１０の近
位端の平面１０８上に形成されている。前述の実施例の
それぞれと同様にして、変換器は、近位端表面１１２か
らの距離が増してゆくように配列される。
【００４０】図５を参照すると、導波管ワイヤ９２に沿
った伝送のために、螺旋状超音波ビームを形成すること
が可能である。平面９６及び１００上のフェイズド・ア
レイに加えて、図５にて見えない近位端の側面に、２つ
の追加フェイズド・アレイが配置されている。４つのフ
ェイズド・アレイを同時に付勢させた場合、結果生じる
ビームは、導波管ワイヤに沿った直線経路をたどること
になる。一方、螺旋状の付勢に似たシーケンスによる４
つのフェイズド・アレイにおける個々の変換器９４及び
９６の点弧によって、螺旋状に配向されたビームが発生
する。しかし、螺旋状ビームは、導波管ワイヤの近位端
部が円筒形であって、変換器の数が増し、長さが短くな
ると、いっそう近似する可能性がある。例えば、環状変
換器のアレイをセグメント化して、円筒形の近位端部の
円周に沿って配置し、螺旋状に点弧させると、螺旋状ビ
ームを発生させることが可能になる。
【００４１】説明し、例示した実施例のそれぞれにおい
て、変換器アレイは、導波管ワイヤの外部表面に固定さ
れる。しかし、これは、厳密ではない。表面弾性波（Ｓ
ＡＷ）技法を利用して、変換器アレイから、流体を介し
て、導波管ワイヤ内にエネルギを放射することができ
る。再度、図６を参照すると、変換器１０６は、不図示
の導波管ワイヤから間隔を開けられた平面に沿って、載
置することが可能である。変換器と導波管ワイヤ間の距
離は、流体で充填されるが、この流体の縦方向の速度
は、変換器におけるＳＡＷ速度より低い。変換器は、励
起して、変換器が配置される表面１０８と平行にエネル
ギを放射する、インターデジタル変換器として動作可能
である。次に、漏洩性のＳＡＷ、及び角度ビームの概念
を利用して、超音波エネルギが、導波管ワイヤに結合さ
れる。表面弾性波は、流体内に漏洩して、縦方向の波に
なる。縦波は、スネルの法則によって与えられる角度
で、流体を介して進行する。縦波が、導波管ワイヤの表
面と交差すると、スネルの法則は、再び、ワイヤ内への
侵入角を決定する。各種材料を選択して、導波管ワイヤ
内への所望の侵入角を得ることにより、高電力超音波ビ
ームが、ワイヤに沿って伝送可能になる。伝送電力は、
平面変換器アレイではなく、円筒形ＰＺＴシェルを利用
することによって、さらに増強することができる。導波
管ワイヤは、ＰＺＴシェルと同軸にし、その結果、超音
波エネルギがワイヤの全円周の周囲において、導波管ワ
イヤに入り込めるようにするのが望ましい。
【００４２】以下に、本発明の実施態様を列挙する。
【００４３】１．超音波エネルギを発生、及び伝送する
ための装置において、軸を有する入力端を備えた縦方向
に延びる伝送ラインと、前記入力端から異なる距離にあ
り、前記伝送ラインと音響エネルギ伝達関係にある、超
音波変換器のアレイと、前記アレイの各超音波変換器
に、独立した位相シフトされた励起信号を加えるため
に、前記超音波変換器に接続された、励起回路構成であ
って、前記独立した位相シフトされた励起信号の各々
は、前記超音波変換器から伝送される超音波エネルギ
が、前記伝送ラインに沿った伝導に向けられるように、
前記アレイの隣接する超音波変換器に加えられる位相シ
フトされた励起信号と、ある位相関係を有する超音波変
換器に加えられる、励起回路構成と、からなる装置。
【００４４】２．前記励起回路構成には、複数の信号遅
延素子が含まれ、各超音波変換器が、前記各超音波変換
器に加えられる、位相シフトされた励起信号の前記位相
関係を規定するために、信号遅延素子と有効に関連付け
られる、前項１に記載の装置。
【００４５】３．超音波変換器の前記アレイが、同軸を
なす環状に成形された圧電変換器のアレイであり、各圧
電変換器は、隣接する圧電変換器から間隔をあけて配置
される、前項１または２に記載の装置。
【００４６】４．前記圧電変換器が、前記伝送ラインの
前記入力端と同軸をなす、前項３に記載の装置。
【００４７】５．前記伝送ラインが、円筒形状を有し、
前記圧電変換器が、前記入力端と同軸をなし、前記円筒
状に成形された伝送ラインの円周に接続される、前項３
に記載の装置。
【００４８】６．前記伝送ラインが、第１の材料で形成
された外側被覆、及び第２の材料で形成された中心コア
を有する、被覆付きコアの導波管である、前項１、２、
３、４、又は５に記載の装置。
【００４９】７．超音波変換器の前記アレイが、前記入
力端の軸と平行である平面上の線形アレイである、前項
１、２、３、４、５、又は６に記載の装置。
【００５０】８．超音波エネルギを人体内に伝送する方
法において、軸及び外部表面を有する入力端を備えた、
導波管ワイヤを設けるステップと、前記超音波変換器
が、前記入力端に相対して異なる距離にあるように、前
記外部表面とエネルギ伝達関係で、前記超音波変換器の
アレイを取り付けるステップと、前記アレイの超音波変
換器に加えられる信号が、隣接する超音波変換器に加え
られる信号に関して、選択された位相差関係を有する、
位相シフトされた信号を加えるステップを含む、前記超
音波変換器を個々に励起するステップと、を含み、前記
超音波変換器によって発生される超音波信号が、前記外
部表面を介して、前記導波管ワイヤに入ることを特徴と
する方法。
【００５１】９．前記超音波変換器を個々に励起するス
テップは、順序立った仕方で、励起信号を遅延するステ
ップを含む、前項８に記載の方法。
【００５２】１０．前記アレイを取り付けるステップ
が、前記導波管ワイヤの前記外部表面に、環状変換器を
接続するステップである、前項８に記載の方法。
【００５３】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成したので、
変換器と導波管ワイヤの増大した接触面積が、導波管ワ
イヤを介する超音波電力を増大させ、結果として、許容
できない信号の減衰を伴うことなく、より高い周波数が
利用可能になる。更に、外部被覆を利用して、所望の方
向の伝搬に対して、音響エネルギが閉じ込められるの
で、より少ない信号損失しか被らず、向上した伝送効率
が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による変換器のフェイズド・アレイを備
えた、超音波血管形成装置の斜視図である。
【図２】本発明に従って、超音波エネルギを発生し、導
波管ワイヤに沿って伝送するための装置の側面、部分断
面図である。
【図３】図１の導波管ワイヤの近位端の側面、作動図で
ある。
【図４】超音波エネルギを発生し、導波管ワイヤに沿っ
て伝送するために、フェイズド・アレイ原理を利用する
第２の実施例である。
【図５】音響導波管ワイヤ内に、超音波エネルギをフェ
イズド・アレイ結合するための装置の他の実施例の透視
図である。
【図６】音響導波管ワイヤ内に、超音波エネルギを伝送
するための単一フェイズド・アレイの実施例の斜視図で
ある。
【符号の説明】
10 導波管ワイヤ 12-20 超音波変換器アレイ 22 入力端 57 被覆 58,60 励起回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波エネルギを発生、及び伝送するた
    めの装置において、 軸を有する入力端を備えた縦方向に延びる伝送ライン
    と、 前記入力端から異なる距離にあり、前記伝送ラインと音
    響エネルギの伝達関係にある、超音波変換器のアレイ
    と、 前記アレイの各超音波変換器に、独立した位相シフトさ
    れた励起信号を加えるために、前記超音波変換器に接続
    された、励起回路構成であって、前記独立した位相シフ
    トされた励起信号の各々は、前記超音波変換器から伝送
    される超音波エネルギが、前記伝送ラインに沿った伝導
    に向けられるように、前記アレイの隣接する超音波変換
    器に加えられる位相シフトされた励起信号と、ある位相
    関係を有する超音波変換器に加えられる、励起回路構成
    と、 からなる装置。
JP7308770A 1994-12-19 1995-11-28 音響導波管ワイヤ内に超音波エネルギをフェイズド・アレイ結合するための方法及び装置 Pending JPH08229037A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US358279 1994-12-19
US08/358,279 US5509417A (en) 1994-12-19 1994-12-19 Method and apparatus for phased array coupling ultrasonic energy into an acoustic waveguide wire

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08229037A true JPH08229037A (ja) 1996-09-10

Family

ID=23409029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7308770A Pending JPH08229037A (ja) 1994-12-19 1995-11-28 音響導波管ワイヤ内に超音波エネルギをフェイズド・アレイ結合するための方法及び装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5509417A (ja)
EP (1) EP0718818A3 (ja)
JP (1) JPH08229037A (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5811909A (en) * 1996-01-11 1998-09-22 Wuchinich; David G. Superthermoelastic resonators
US5813998A (en) * 1996-02-28 1998-09-29 Hewlett-Packard Company Method and system for coupling acoustic energy using an end-fire array
US6029518A (en) * 1997-09-17 2000-02-29 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Manipulation of liquids using phased array generation of acoustic radiation pressure
NL1014175C2 (nl) 2000-01-25 2001-07-26 Oldelft B V Ultrageluid probe.
US6605084B2 (en) * 2000-03-24 2003-08-12 Transurgical, Inc. Apparatus and methods for intrabody thermal treatment
US6752815B2 (en) * 2001-01-31 2004-06-22 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Method and waveguides for changing the direction of longitudinal vibrations
JP2003116869A (ja) * 2001-10-18 2003-04-22 Honda Seiki Kk 超音波治療装置および超音波診断装置
US7393501B2 (en) * 2002-05-29 2008-07-01 Nano Vibronix Inc Method, apparatus and system for treating biofilms associated with catheters
CN100464708C (zh) * 2003-07-03 2009-03-04 株式会社日立医药 超声波探头和超声波诊断设备
DE10347079B4 (de) * 2003-10-10 2005-09-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Koppleranordnung für ein Ultraschallgerät und Ultraschallverfahren
US7674256B2 (en) * 2005-03-17 2010-03-09 Boston Scientific Scimed, Inc. Treating internal body tissue
US20070130771A1 (en) * 2005-12-12 2007-06-14 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Methods for producing ultrasonic waveguides having improved amplification
US9777053B2 (en) * 2006-02-08 2017-10-03 The General Hospital Corporation Methods, arrangements and systems for obtaining information associated with an anatomical sample using optical microscopy
US20080097251A1 (en) * 2006-06-15 2008-04-24 Eilaz Babaev Method and apparatus for treating vascular obstructions
US8090131B2 (en) * 2007-07-11 2012-01-03 Elster NV/SA Steerable acoustic waveguide
EP2608897B1 (en) 2010-08-27 2023-08-02 SOCPRA Sciences et Génie s.e.c. Mechanical wave generator and method thereof
DE102013211599A1 (de) * 2013-06-20 2014-12-24 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandleranordnung und Kraftfahrzeug mit einer Ultraschallwandleranordnung
CN104438029B (zh) * 2014-12-09 2016-08-24 苏州科技学院 一种单激励超声椭圆振动微细加工工作平台
US11065645B2 (en) * 2015-04-24 2021-07-20 Les Solutions Medicales Soundbite Inc. Method and system for generating mechanical pulses

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3284727A (en) * 1963-06-21 1966-11-08 Ibm Circular poled transducer
US3975698A (en) * 1974-08-08 1976-08-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Fiber acoustic waveguide and system
US4452334A (en) * 1982-10-21 1984-06-05 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Tunable damper for an acoustic wave guide
US4870953A (en) * 1987-11-13 1989-10-03 Donmicheal T Anthony Intravascular ultrasonic catheter/probe and method for treating intravascular blockage
US4941134A (en) * 1988-04-01 1990-07-10 Arc Sonics Inc. Sonic generator
US5284148A (en) * 1989-05-16 1994-02-08 Hewlett-Packard Company Intracavity ultrasound diagnostic probe using fiber acoustic waveguides
US5400788A (en) * 1989-05-16 1995-03-28 Hewlett-Packard Apparatus that generates acoustic signals at discrete multiple frequencies and that couples acoustic signals into a cladded-core acoustic waveguide
US5304115A (en) * 1991-01-11 1994-04-19 Baxter International Inc. Ultrasonic angioplasty device incorporating improved transmission member and ablation probe
US5220296A (en) * 1991-11-01 1993-06-15 Massachusetts Institute Of Technology Coupler for electrical waveguides and mechanical waveguides

Also Published As

Publication number Publication date
EP0718818A3 (en) 1997-05-14
EP0718818A2 (en) 1996-06-26
US5509417A (en) 1996-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5509417A (en) Method and apparatus for phased array coupling ultrasonic energy into an acoustic waveguide wire
US5577506A (en) Catheter probe having a fixed acoustic reflector for full-circle imaging
JP3478874B2 (ja) 超音波フェーズドアレイ変換器及びその製造方法
KR100990011B1 (ko) 의료용 초음파 촬상에서의 조영제 조작 방법
US7736317B2 (en) Method and apparatus for delivering therapy in and association with an intravascular ultrasound device
EP0646349B1 (en) Ultrasound imaging probe
EP1052941B1 (en) Annular array ultrasound catheter
KR101116530B1 (ko) 의료용 초음파를 위한 나선형 어코스틱 어레이
US5488955A (en) Magnetostriction transducer and an intraoperative probe for acoustic imaging
WO2007005710A2 (en) Concave phased array imaging catheter
JPH09117452A (ja) 超音波を集束するための非球面補償付き装置及び方法
JP2016501626A (ja) 短縮型先端を有するカテーテルアセンブリ
US5305758A (en) Ultrasonic apparatus for use in obtaining blood flow information
US4834106A (en) Lithotripter with locating system integrated therewith and method for its use
US5515850A (en) Apparatus for coupling acoustic waves with an acoustic waveguide
JP2742207B2 (ja) 超音波振動子
JPH05285140A (ja) 超音波装置
JPH08289889A (ja) 超音波診断装置
JPH0630933A (ja) 超音波探触子
Haddad et al. Bradley I. Munt and John Bowering
MUNT et al. FRANCOIS HADDAD
JPH03228753A (ja) 超音波探触子